随着高压直流输电技术的快速发展,作为高压直流电缆最主要绝缘材料的交联聚乙烯(cross-linked polyethylene,XLPE)获得了越来越广泛的应用。现有研究表明,XLPE在直流电场下存在明显的空间电荷积累现象,空间电荷的积累会导致XLPE局部出现严重的电场畸变,过高的电场可能会致使XLPE在结构缺陷处发生局部击穿,进而逐渐发展为树枝状的放电通道,当树枝状通道发展至贯穿绝缘两端时,便会导致电缆绝缘击穿。为研究XLPE中直流接地电树枝的生长特性与其中空间电荷分布的联系,本文以某商用级XLPE高压直流电缆绝缘材料为研究对象,分别进行了不同单次预压时间和短路次数下的周期性直流接地电树枝实验。并在实验的基础上,基于双载流子模型仿真模拟了针板电极下的空间电荷行为,该仿真综合考虑了空间电荷的注入、迁移、扩散、入陷和脱陷等电荷行为,并将仿真结果与实验结果相结合,提出了空间电荷有效注入深度这一新概念,以此表征试样中能够引发电树枝的那部分空间电荷在XLPE中的分布范围,并从空间电荷的角度对实验中发现的电树枝特性进行了合理的解释。从周期性直流接地电树枝实验可知,随着预压电压的升高,电树枝的引发率和长度都有所提高;正负极性下电树枝长度都随着短路次数的增加而增加;正极性下电树枝长度随着单次预压时间的增加先增加再减小,负极性下单次预压时间对电树枝的影响不大;负极性下电树枝的扩展系数整体大于正极性下的电树枝。对于针板电极的三维旋转模型,因为其边界的复杂性,传统的一维差分方法求解偏微分方程已经不再适用,因此本文选择有限元方法,对模型建立适当的剖分求解。从针板电极下空间电荷仿真可知,空间电荷有效注入深度随着单次预压时间的增加而先上升再下降,呈现与直流接地电树枝实验中电树枝长度相似的规律。这就说明空间电荷有效注入深度能够在一定程度上反应XLPE中直流接地电树枝的生长特性。针尖接地后,入陷电荷受到刺激脱陷,释放的电机械能量在脱陷处快速释放,在有效注入深度的范围内引起局部的XLPE分子链断裂,形成低密度区甚至引发电树枝。随着短路次数的增加,这一过程不断重复发生,并向着板电极推进,最终导致了在不同预压时间下的电树枝表现出不同的电树枝生长特性。